[深入了解檔案系統之二] 檔案描述符、inode和打開檔案表

Unix檔案系統學習筆記之二： 檔案描述符、inode和打開檔案表

系統盤上資料的布局

檔案系統無非是關于資料在磁盤上的組織以及存儲空間管理的，為此，首先需要知道磁盤上資料的總體布局方式。以Unix為例，最重要的一張表如下：

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Unix 程序管理中和使用者檔案、io 最相關的資料結構：usr 資料結構

The procstructure does not record information related to file access.  However the userstructure contains a number of important  file-access-related fields, namely:

u_cdir. The inode of the current working directory is stored here. This is

used during pathname resolution when a user specifies a relative

pathname.

u_uid/u_gid. The process user ID and group ID used for permissions

checking for file-access-based system calls. Similarly, u_euidand

u_egidhold the effective user and group IDs.

u_ofile. This array holds the process file descriptors. This is described in

more detail later.

u_arg. An array of system call arguments set up during the transition

from user to kernel mode when invoking a system call.

u_base. This field holds the address of a user space buffer in which to read

data from or write data to when processing a system call such as read()

orwrite().

u_count. The number of bytes to read or write is held here. It is

decremented during the I/O operation and the result can be passed back

to the user.

u_offset. This field records the offset within the file for the current read

or write operation.

u_error. When processing a system call, this field is set if an error is

encountered. The value of u_erroris then passed back to the user

when the system call returns.

ＩＮＯＤＥ

為了深入了解檔案inode、打開檔案表、描述符三者之間的關系，首先就需要了解indoe。

深刻了解inode就是在了解meta-data，inode是檔案系統中最重要的meta data, 它的主要資料結構如下

（注意，它的原始資料存儲在非易失性的器件上，檔案系統啟動之後，通路到的或者經常通路的inode被讀到記憶體裡面，這一部分被稱為inode in-core。)

Each file in the filesystem was represented by a unique inode that contained fields such as:

i_mode. This field specifies whether the file is a directory (IFDIR), a block

special file (IFBLK), or a character special file (IFCHR). Note that if one

of the above modes was not set, the file was assumed to be a regular file.

This would later be replaced by an explicit flag, IFREG.

i_nlink. This field recorded the number of hard links to the file. When

this field reaches zero, the inode is freed.

i_uid. The file’s user ID.

i_gid. The file’s group ID.

i_size. The file size in bytes.

i_addr. This field holds block addresses on disk where the file’s data blocks are held.

i_mtime. The time the file was last modified.

關于inode的操作，需要考慮以下方面：

Inode in core/memory

a.何時從磁盤讀入到記憶體： 打開的時候需要讀入inode;

b.何時從記憶體寫入到磁盤：如果對inode有任何更新，比如新申請了塊、釋放了塊

c.何時可以寫入到磁盤： 檔案已經關閉，并且沒有任何程序打開了inode對應的檔案

d.哪些inode需要緩存：DNLC (directory name lookup cache for vnode)

打開檔案表

由此自然引出一個問題，如何表示程序打開的一個檔案，或者說作業系統如何記錄一個打開的檔案呢？如果你去設計，你會怎麼做？

a.它必然包含inode的部分資訊（或者全部）

b.它必然包含運作時的資訊（讀寫指針的偏移，讀寫buffer的位置，以及它所對應的inode指針?

當然還必須包含引用計數、打開的方式flag)

在unix系統中，正是這樣實作的， 下面就是unix用來記錄一個打開檔案的資訊：

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上述資料結構file_structure (記憶體中的就用來在unix中記錄程序打開的一個檔案的，而如果程式打開了多

個檔案，就需要一個file_structure數組。而這恰恰是恰恰是了解檔案描述符的關鍵，檔案描述符就是前程序打開的檔案清單的索引(index)。

下面這張圖前面展示了 檔案描述符、打開檔案清單和inode的關系：

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本文轉自存儲之廚51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/xiamachao/1900342，如需轉載請自行聯系原作者